专项8　实际应用类动态电路计算 2025年中考物理一轮专题复习（河南）

专项8　实际应用类动态电路计算 第1部分　依“标”据“本”全面复习 例1　（2021河南，5题改编）图1为一款养生壶的电路简图，该壶有“加热”和“保温”两挡，电源电压为220 V，电热丝R1、R2的阻值分别为44 Ω、356 Ω。开关S1闭合、S2断开时，养生壶处于_______挡；养生壶在“加热”挡工作时，电功率为________W。现将 壶内1 kg的养生茶从20 ℃加热至75 ℃，加热过程中若不计 热量损失，则所需时间为______s；养生茶的内能增加是通 过_________的方式实现的。[c养生茶＝4.2×103 J/（kg·℃）] 类型 多挡位用电器的实际应用类计算（10年3考） 图1 保温 1 100 210 热传递 专项8　实际应用类动态电路计算 例2　图2为某饮水机的电路原理图，该饮水机加热挡的功率为550 W，保温挡的功率为110 W。当闭合开关S1、断开开关S2时，饮水机处于_______挡，电热丝R2＝______Ω；当同时闭合开关S1、S2时，饮水机处于_______挡，电热丝R1＝______Ω。若该饮水机的加 热效率为84%，则该饮水机在加热挡工作5 min，可将 水箱中质量为1 kg、初温为20 ℃的水加热至_____℃。 [c水＝4.2×103 J/（kg·℃）] 图2 保温 440 加热 110 53 专项8　实际应用类动态电路计算 专项8　实际应用类动态电路计算 1．（2024自贡改编）图3甲是琪琪家某型号电热加湿器的电路图，该电热加湿器的额定电压为220 V，R1、R2为发热电阻，“高挡”时的发热功率为484 W，不考虑温度对电阻的影响，且R2＝ 3R1，S为开关，1、2、3为触点，通过旋转开关S可实 现“关”“低挡”“高挡”之间的切换。 （1）开关S接触点____时，电热加湿器处于高挡。 图3 3 专项8　实际应用类动态电路计算 （2）求R1和R2的阻值。 （3）求电热加湿器处于“低挡”时的发热功率。 图3 专项8　实际应用类动态电路计算 （4）图乙是某次使用该电热加湿器正常工作20 min的P－t图像，求该过程中发热电阻产生的热量。 由题图乙可知，高挡工作时间为5 min，低挡工作时间为15 min，则正常工作20 min发热电阻产生的热量W总＝P高t高＋P低t低＝484 W×5×60 s＋121 W×15×60 s＝2.541×105 J 图3 专项8　实际应用类动态电路计算 （5）用电高峰时，琪琪关闭家中其他用电器，使电热加湿器在高挡下工作15 min，电能表（如图丙）的指示灯闪烁了300次，此时琪琪家的实际电压是多大？ 图3 专项8　实际应用类动态电路计算 ①求电热加湿器消耗的电能：　 ②求电热加湿器的实际功率： 专项8　实际应用类动态电路计算 专项8　实际应用类动态电路计算 例3　（2024商水二模改编）为设计电子拉力计，小硕将电流表改装为拉力计的表盘，拉力计的电路原理图如图4甲。AB是一根长为6 cm的均匀电阻丝，其阻值为24 Ω，弹簧右端与金属滑片 P固定在一起，金属滑片P与电阻丝R1接触，且接触面 光滑（弹簧的电阻不计）。定值电阻R0＝6 Ω，电源 电压U＝6 V，电流表的量程为0～0.6 A。当不拉拉 环时，金属滑片P刚好处于A端。 类型 含滑动变阻器的实际应用类动态电路计算（10年1考） 图4 专项8　实际应用类动态电路计算 已知该弹簧伸长的长度ΔL与所受拉力F间的关系如图乙所示。请回答下列问题： 图4 （1）当拉力增大时，电流表的示数_______（选填“增大”“减小”或“不变”）。 增大 专项8　实际应用类动态电路计算 （2）拉力计表盘上的零刻度线应标在电流表表盘多少刻度处？ 专项8　实际应用类动态电路计算 （3）闭合开关，水平向右用力拉拉环，此时电流表的指针指在0.3 A处，则作用在拉环上的拉力为多少？ 图4 专项8　实际应用类动态电路计算 （4）在电流表量程不可改及电阻丝不可更换的情况下，若要该装置所能测量的最大拉力为600 N，请通过计算，说出两种可行的方法。（要求每种方法只更换一个元件） 图4 解：（4）由题图乙可知，该拉力计的最大测量值是600 N时，弹簧伸长量ΔL＝6 cm，电流表示数恰好达到最大值0.6 A。 专项8　实际应用类动态电路计算 方法①：若保证电源电压不变，此时定值电阻的阻值 图4 即可将定值电阻换为阻值为10 Ω的电阻。 方法②：若保证定值电阻R0阻值不变，此时的电源电压U′＝ImaxR0＝0.6 A×6 Ω＝3.6 V 即可将电源换为电压为3.6 V的电源。 专项8　实际应用类动态电路计算 2．图5是课外活动时同学们设计的电子身高测量仪的电路原理图，已知电源电压为20 V，定值电阻R1＝20 Ω，R2是竖直放置的均匀电阻棒，总长L＝50 cm，标有“100 Ω　0.5 A”字样，滑片P与电阻棒R2构成一个滑动变阻器，R2下端到地面的距离h＝150 cm。电压表的量程为0～15 V，电流表的量程为0～0.6 A。在保证电路安全 的前提下，求： （1）滑动变阻器R2允许接入电路的最大阻值 及此时测量的身高。 （2）滑动变阻器R2允许接入电路的最小阻值 及此时测量的身高。 图5 专项8　实际应用类动态电路计算 （1）学生的身高越高，电压表示数越_____，为了保证电路安全，电压表的最大示数（即R2两端的最大电压）为_____V。 ①依据上述最大电压，结合题干信息及欧姆定律，计算R2允许接入电路的最大阻值： 图5 大 15 专项8　实际应用类动态电路计算 ②计算此时R2接入电路的长度及测量的身高： 图5 专项8　实际应用类动态电路计算 （2）学生的身高越低，电流表示数越_____，为了保证电路安全，电路中的最大电流为______A。　 ①依据上述最大电流，结合题干信息及欧姆定律，计算R2允许接入电路的最小阻值： 大 0.5 专项8　实际应用类动态电路计算 ②计算此时测量的身高： 图5 专项8　实际应用类动态电路计算 例4　（2023河南，21题）某物理实践小组设计了一种工程上的压力测量装置，其原理如图6甲所示，电路中电源电压恒为6 V，定值电阻R0的阻值为20 Ω，电压表的量程为0～3 V，轻质绝缘的压力检测板M与力敏电阻R相连，R的阻值与压力F的关系如图乙所示。闭合开关S后，试问： （1）当检测板所受压力增大时，电 压表的示数_______（选填“增大”“减 小”或“不变”）。 含敏感电阻的实际应用类动态电路计算（10年3考） 类型 图6 增大 专项8　实际应用类动态电路计算 （2）检测板不受压力时，电压表的示数为多少？ 图6 专项8　实际应用类动态电路计算 （3）（最值计算）该装置所能测量的最大压力为多少？ R的最小阻值R小＝R总小－R0＝40 Ω－20 Ω＝20 Ω 由题图乙可知，当R小＝20 Ω时，F＝6×103 N，即该装置所能测量的最大压力为6×103 N。 图6 专项8　实际应用类动态电路计算 （4）（范围调整）在不改变电源电压和电压表量程的情况下，若要提高该装置所能测量的最大压力值，请写出一种简便可行的方法。 解：（4）将定值电阻R0换为阻值较小的电阻 专项8　实际应用类动态电路计算 方法指导　1．含敏感电阻的电路计算思路（串联） （1）已知外界环境，计算电路信息，如上题（2） （2）已知电路信息，分析环境条件，如上题（3） 专项8　实际应用类动态电路计算 专项8　实际应用类动态电路计算 3．（2017河南，21题）小丽设计了一个防踩踏模拟报警装置，工作原理如图7甲所示。ABO为一水平杠杆，O为支点，OA∶OB＝5∶1，当水平踏板所受压力增大，电压表的示数达到6 V时，报警器R0开始发出报警信号。 图7 专项8　实际应用类动态电路计算 已知电路中电源电压为8 V，报警器R0的阻值恒为15 Ω，压力传感器R固定放置，其阻值随所受压力F变化的关系如图乙所示，踏板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。试问： （1）由图乙可知，压力传感器R的阻值随压力F的增大而_______。 图7 减小 专项8　实际应用类动态电路计算 （2）当踏板空载时，闭合开关，电压表的示数为多少？ （3）当报警器开始报警时，踏板设定的最大压力值为多少？ （4）若电源电压略有降低，为保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时报警，则踏板触点B应向_____（选填“左”或“右”）移动，并简要说明理由。 专项8　实际应用类动态电路计算 解：（2）依据空载时压力传感器R的阻值及串联电路特点计算： 图7 专项8　实际应用类动态电路计算 （3）①分析电路计算报警器报警时压力传感器R的阻值，得出R所受压力： 图7 专项8　实际应用类动态电路计算 ②结合杠杆平衡条件计算此时踏板所受压力： 设A处所受支持力大小为FA，B处所受压力大小为FB，由杠杆平衡条件得：FA×OA＝FB×OB 则踏板设定的最大压力值： 图7 专项8　实际应用类动态电路计算 （4）依据方法指导中的等式分析，因电源电压变小，哪个量也会变，进而分析踏板的调整方向： 左　若电源电压降低，此时电压表的示数减小。为保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时报警，电压表的示数应为6 V，此时应减小压力传感器R的阻值，可通过增大压力F来完成；由杠杆平衡条件判断出应增大OB，即踏板触点B应向左移动。 专项8　实际应用类动态电路计算 例1　保温　1 100　210　热传递 例2　保温　440　加热　110　53 参考答案 专项8　实际应用类动态电路计算 变式训练　1．解：(1)3 专项8　实际应用类动态电路计算 (4)由题图乙可知，高挡工作时间为5 min，低挡工作时间为 15 min，则正常工作20 min发热电阻产生的热量 W总＝P高t高＋P低t低＝484 W×5×60 s＋121 W×15×60 s＝2.541×105 J 专项8　实际应用类动态电路计算 例3　解：(1)增大 (2)当不拉拉环时，RAB＝24 Ω，电流表的示数 专项8　实际应用类动态电路计算 (3)电流表表盘示数为0.3 A时，电路中的总电阻 则电阻丝接入电路的电阻 R′＝R总－R0＝20 Ω－6 Ω＝14 Ω 所以拉动拉环后电阻丝AB接入电路电阻的变化量 ΔR＝24 Ω－14 Ω＝10 Ω 专项8　实际应用类动态电路计算 (4)由题图乙可知，该拉力计的最大测量值是600 N时，弹簧伸长量ΔL＝6 cm，电流表示数恰好达到最大值0.6 A。 方法①：若保证电源电压不变，此时定值电阻的阻值 即可将定值电阻换为阻值为10 Ω的电阻。 方法②：若保证定值电阻R0阻值不变，此时的电源电压 U′＝ImaxR0＝0.6 A×6 Ω＝3.6 V 即可将电源换为电压为3.6 V的电源。 专项8　实际应用类动态电路计算 变式训练　2．解：(1)大　15 ①R1两端的电压U1＝U－U2＝20 V－15 V＝5 V 专项8　实际应用类动态电路计算 专项8　实际应用类动态电路计算 例4　解：(1)增大 (2)由题图乙可知，当检测板不受压力时，力敏电阻R＝80 Ω，电路中的总电阻R总＝R＋R0＝80 Ω＋20 Ω＝100 Ω R0两端的电压U0＝IR0＝0.06 A×20 Ω＝1.2 V 即电压表示数为1.2 V。 专项8　实际应用类动态电路计算 R的最小阻值R小＝R总小－R0＝40 Ω－20 Ω＝20 Ω 由题图乙可知，当R小＝20 Ω时，F＝6×103 N，即该装置所能测量的最大压力为6×103 N。 (4)将定值电阻R0换为阻值较小的电阻 专项8　实际应用类动态电路计算 变式训练　3．解：(1)减小 (2)当踏板空载时，压力传感器R受到的压力为 0，由题图乙可知R＝25 Ω，此时电路中的电流 电压表的示数U0＝IR0＝0.2 A×15 Ω＝3 V 专项8　实际应用类动态电路计算 (3)①当报警器开始报警时，电压表的示数为U0′＝6 V 由题图乙可知，此时压力传感器受到的压力大小为8 N。 ②设A处所受支持力大小为FA，B处所受压力大小为FB， 由杠杆平衡条件得：FA×OA＝FB×OB 专项8　实际应用类动态电路计算 (4)左　若电源电压降低，此时电压表的示数减小。为保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时报警，电压表的示数应为6 V，此时应减小压力传感器R的阻值，可通过增大压力F来完成；由杠杆平衡条件判断出应增大OB，即踏板触点B应向左移动。 专项8　实际应用类动态电路计算 方法指导　1．由公式P＝可知，电热器的总电阻越小，其电功率越大，挡位越高。 2．①并联电路：并联的电阻个数越多，总电阻越小，挡位越高；②串联电路：串联的电阻个数越多，总电阻越大，挡位越低。 解：由P＝可得，R1的阻值R1＝＝＝100 Ω，由题意可知，R2的阻值R2＝3R1＝3×100 Ω＝300 Ω 开关S接触点2时为低挡，低挡的发热功率 P低＝＝＝121 W W＝＝0.1 kW·h＝3.6×105 J P实＝＝＝400 W ③利用P＝的变形公式求实际电压： 由P＝可得，琪琪家的实际电压 U实＝＝＝200 V 解：（2）当不拉拉环时，RAB＝24 Ω，电流表的示数 I＝＝＝0.2 A，所以拉力计表盘上的零刻度应标在电流表表盘的0.2 A处。 解：（3）电流表表盘示数为0.3 A时，电路中的总电阻 R总＝＝＝20 Ω，则电阻丝接入电路的电阻 R′＝R总－R0＝20 Ω－6 Ω＝14 Ω 所以拉动拉环后电阻丝AB接入电路电阻的变化量 ΔR＝24 Ω－14 Ω＝10 Ω 弹簧的伸长量ΔL＝L＝×6 cm＝2.5 cm 由题图乙可知，此时对应的拉力是250 N。 R0′＝＝＝10 Ω R1两端的电压U1＝U－U2＝20 V－15 V＝5 V 电路中的电流I＝＝＝0.25 A 此时R2的电阻R2＝＝＝60 Ω R2接入电路的长度 ΔL＝×L＝×50 cm＝30 cm 此时测量的身高 H＝h＋ΔL＝150 cm＋30 cm＝180 cm 电路中的总电阻R总＝＝＝40 Ω R2接入电路的最小阻值 R2′＝R总－R1＝40 Ω－20 Ω＝20 Ω R2接入电路的长度 ΔL′＝×L＝×50 cm＝10 cm 此时测量的身高 H′＝h＋ΔL′＝150 cm＋10 cm＝160 cm 解：（2）由题图乙可知，当检测板不受压力时，力敏电阻 R＝80 Ω，电路中的总电阻 R总＝R＋R0＝80 Ω＋20 Ω＝100 Ω 此时电路中的电流I＝＝＝0.06 A R0两端的电压U0＝IR0＝0.06 A×20 Ω＝1.2 V 即电压表示数为1.2 V。 解：（3）当电压表示数为3 V时，该装置测量的压力达到最大值，此时电路中的电流I大＝＝＝0.15 A 电路中的最小总电阻R总小＝＝＝40 Ω 2．范围调整问题分析思路 通常依据串联电路中各处电流相等，即＝进行分析（或依据串联分压规律分析），等式中有四个物理量，通常有两个物理量是不变的，剩余两个变化的物理量，根据一个量的变化，分析另一个量的变化情况。 当踏板空载时，压力传感器R受到的压力为 0，由题图乙可知R＝25 Ω，此时电路中的电流I＝＝＝0.2 A；电压表的示数U0＝IR0＝0.2 A×15 Ω＝3 V 当报警器开始报警时，电压表的示数为U0′＝6 V 根据串联电路的电流特点可知＝ 则R′＝＝＝5 Ω 由题图乙可知，此时压力传感器受到的压力大小为8 N。 FB＝×FA＝×8 N＝40 N (2)由P＝可得，R1的阻值R1＝＝＝100 Ω 由题意可知，R2的阻值R2＝3R1＝3×100 Ω＝300 Ω (3)开关S接触点2时为低挡，低挡的发热功率 P低＝＝＝121 W (5)①W＝＝0.1 kW·h＝3.6×105 J ②电热加湿器的实际功率P实＝＝＝400 W ③由P＝可得，琪琪家的实际电压 U实＝＝＝200 V I＝＝＝0.2 A 所以拉力计表盘上的零刻度应标在电流表表盘的0.2 A处。 R总＝＝＝20 Ω 弹簧的伸长量ΔL＝L＝×6 cm＝2.5 cm 由题图乙可知，此时对应的拉力是250 N。 R0′＝＝＝10 Ω 电路中的电流I＝＝＝0.25 A 此时R2的电阻R2＝＝＝60 Ω ②R2接入电路的长度ΔL＝×L＝×50 cm＝30 cm 此时测量的身高H＝h＋ΔL＝150 cm＋30 cm＝180 cm (2)大　0.5 ①电路中的总电阻R总＝＝＝40 Ω R2接入电路的最小阻值R2′＝R总－R1＝40 Ω－20 Ω＝20 Ω ②R2接入电路的长度ΔL′＝×L＝×50 cm＝10 cm 此时测量的身高H′＝h＋ΔL′＝150 cm＋10 cm＝160 cm 此时电路中的电流I＝＝＝0.06 A (3)当电压表示数为3 V时，该装置测量的压力达到最大值，此时电路中的电流I大＝＝＝0.15 A 电路中的最小总电阻R总小＝＝＝40 Ω I＝＝＝0.2 A 根据串联电路的电流特点可知＝ 则R′＝＝＝5 Ω 则踏板设定的最大压力值：FB＝×FA＝×8 N＝40 N $$